水热技术处理污水污泥制备聚集介质前驱体及其影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景

近年来，随着生活条件的不断发展，我国的城镇生活污水排量不断增加。至2015年，生活污水排放量已经达到535亿吨。为有效的防治水污染问题，改善水生态环境质量，全国累计建设污水处理厂3717座，处理能力达到467亿m³/年，处理电耗也高达140kWh/年。当前，我国已经成为了世界上生活污水排放总量和生活污水处理厂拥有量最多的国家。我国大多数污水处理厂存在工艺路线及设施陈旧、水厂运行粗放等问题，加之我国污水处理排放标准日益严格，导致污水处理吨水能耗普遍偏高。然而，传统城市污水处理模式碳耗、能耗高，对污水内有机质资源的回收利用不足，大量碳氮磷资源在污水处理过程中被消耗或排放，未经有效回收利用，污水回用率不足10%。此外，我国普遍存在进水水质浓度偏低、预处理效果差、产量大、污泥有机质含量偏低等问题，导致能源回收效率偏低及运行成本偏高，加之能源回收意识薄弱，污水污泥的处理处置和利用率不高。

目前，常用的污泥处置技术有污泥填埋、堆肥、自然干化、焚烧等方式，没有达到资源化之一目标，并且有些方式会造成二次污染。所以在处理污水污泥时要充分考虑污泥的“资源”和“污染”双重属性，实现环境、经济和社会效益的最大化。另外，在污水处理厂广泛使用的传统活性污泥(CAS)过程中，通过曝气设备供氧将污水中部分有机物矿化转化为CO₂的同时，将其余的有机物转化剩余污泥。这种方式不仅消耗了大量的外部能源、产生了有害环境的其他物质产生大量的二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)等温室气体(GHG)，还浪费了大量污水中的有机物，这显然不符合可持续发展理念。在以污泥的处理处置以减量化、无害化为治理为目标的同时，也要考虑到污泥的资源化利用，减少物耗能耗。基于此，本课题提出一种碳回收的利用思路，采用絮凝沉淀的方法将污水中的有机物“捕获”到污泥后，利用污水污泥中的有机质通过水热技术的处理得到水溶性大分子，对其进行改性成为聚集介质，后续可再次投入到城市污水中循环利用“捕获”有机物。水热碳化用于生物质处理是一个热转化过程，在密闭的容器中将污水污泥加热，将污水污泥转化为碳质产品，称为水热炭，采用水热碳化工艺将污水污泥转化为清洁的固体燃料，过程简单快速、反应条件温和，还大大降低运行成本和处理能耗。利用水热碳化技术将污泥转化为高附加值产品或生物燃料，将污水污泥转化为更加清洁的固体产物，以提高产品可利用度。

2. 研究内容和预期目标

2.1研究主要内容

（1）探究水热条件对水溶性大分子的形成的影响，解析水热条件对产物形成的作用原理和调控手段。考察在不同水热条件下，污水污泥中释放的有机物的变化。探究水热温度以及反应时间对污水污泥中有机物释放的影响，研究了水热液相中SCOD、蛋白质、多糖的变化，探究在水热过程中有机物的释放机理，并进一步归纳出在不同水热条件下各有机物的溶出以及水溶性大分子之间的相关性。

（2）探究水热条件对水溶性大分子的影响及其特性分析，利用分子量分析、官能团的定量分析以及元素分析、红外光谱、XPS等分析手段，对水溶性大分子进行表征，寻找最适合改性的水热条件。

3. 研究的方法与步骤

3.1实验装置与仪器

3.1.1 实验装置

污泥水热实验过程中采用由五洲鼎创有限责任公司生产的361不锈钢材质，容积为250 ml的水热反应釜，详细构造图见图3-1。其最大工作压力可设置为15 MPa，最高的工作温度可设置为350 ℃，搅拌速度在0-1450 r/min之间，显示屏显示釜内搅拌速度、釜内温度等。

4. 参考文献

[1] 朱明璇,李梅,刘承芳,等. 污泥处理处置技术研究综述[J]. 山东建筑大学学报,2018,33(06):63-68.

[2] 戴晓虎. 我国污泥处理处置现状及发展趋势[J]. 科学,2020,72(06):30-34 4.

[3] 林昱廷,彭娅娅,苏冰琴,等. 污泥处理及资源化技术研究进展[J]. 化工设计通讯,2021,47(01):176-177.

5. 计划与进度安排